MOSFE như một công tắc - Khi nào nó ở Saturation?

Tôi có các mạch sau đây được nối trên một bảng mạch.

Tôi thay đổi điện áp cổng bằng một chiết áp. Đây là điều làm tôi bối rối: theo wikipedia, MOSFET đang ở trạng thái bão hòa khi V (GS)> V (TH) và V (DS)> V (GS) - V (TH).

Nếu tôi tăng từ từ điện áp cổng bắt đầu từ 0, MOSFET vẫn tắt. Đèn LED bắt đầu dẫn một dòng điện nhỏ khi điện áp cổng khoảng 2,5V hoặc hơn. Độ sáng ngừng tăng khi điện áp cổng đạt khoảng 4V. Không có thay đổi về độ sáng của đèn LED khi điện áp cổng lớn hơn 4V. Ngay cả khi tôi tăng điện áp nhanh chóng từ 4 lên 12, độ sáng của đèn LED vẫn không thay đổi.

Tôi cũng theo dõi điện áp Drain to Source trong khi tôi đang tăng điện áp cổng. Cống xả vào điện áp nguồn giảm từ 12 V xuống gần 0V khi điện áp cổng là 4V hoặc hơn. Điều này là dễ hiểu: vì R1 và R (DS) tạo thành một bộ chia điện áp và R1 lớn hơn nhiều so với R (DS), hầu hết điện áp được giảm trên R1. Trong các phép đo của tôi, khoảng 10V đang được thả xuống trên R1 và phần còn lại trên đèn LED màu đỏ (2V).

Tuy nhiên, vì V (DS) hiện tại xấp xỉ 0, điều kiện V (DS)> V (GS) - V (TH) không được thỏa mãn, liệu MOSFET không ở trạng thái bão hòa? Nếu đây là trường hợp, làm thế nào một người sẽ thiết kế một mạch trong đó MOSFET đang bão hòa?

Lưu ý rằng: R (DS) cho IRF840 là 0,8 Ohms. V (TH) nằm trong khoảng từ 2V đến 4V. Vcc là 12V.

Đây là dòng tải mà tôi đã vẽ trong mạch của mình.

Bây giờ, từ những gì tôi đã đạt được từ các câu trả lời ở đây là để vận hành MOSFET như một công tắc, điểm vận hành phải ở phía bên trái của dòng tải. Tôi có đúng theo cách hiểu của tôi không?

Và nếu người ta áp đặt các đường cong đặc trưng MOSFET, trên biểu đồ trên, thì điểm vận hành sẽ nằm trong vùng được gọi là "tuyến tính / triode". Nguyên vẹn, công tắc nên đến khu vực đó càng nhanh càng tốt để làm việc hiệu quả. Tôi có nhận được nó hay tôi hoàn toàn sai?

Trước hết, "bão hòa" trong mosfet có nghĩa là thay đổi trong VDS sẽ không tạo ra thay đổi đáng kể trong Id (dòng thoát). Bạn có thể nghĩ về MOSFET trong bão hòa như một nguồn hiện tại. Đó là bất kể điện áp trên VDS (tất nhiên là có giới hạn), dòng điện qua thiết bị sẽ không đổi (gần như).

Bây giờ trở lại câu hỏi:

Theo wikipedia, MOSFET đang ở trạng thái bão hòa khi V (GS)> V (TH) và V (DS)> V (GS) - V (TH).

Đúng rồi.

Nếu tôi tăng từ từ điện áp cổng bắt đầu từ 0, MOSFET vẫn tắt. Đèn LED bắt đầu dẫn một dòng điện nhỏ khi điện áp cổng khoảng 2,5V hoặc hơn.

Bạn đã tăng VSS trên Vth của NMOS để kênh được hình thành và thiết bị bắt đầu tiến hành.

Độ sáng ngừng tăng khi điện áp cổng đạt khoảng 4V. Không có thay đổi về độ sáng của đèn LED khi điện áp cổng lớn hơn 4V. Ngay cả khi tôi tăng điện áp nhanh chóng từ 4 lên 12, độ sáng của đèn LED vẫn không thay đổi.

Bạn đã tăng VSS làm cho thiết bị tiến hành nhiều hơn. Tại Vss = 4V, thứ giới hạn dòng điện không còn là bóng bán dẫn mà là điện trở mà bạn có nối tiếp với bóng bán dẫn.

Tôi cũng theo dõi điện áp Drain to Source trong khi tôi đang tăng điện áp cổng. Cống xả vào điện áp nguồn giảm từ 12 V xuống gần 0V khi điện áp cổng là 4V hoặc hơn. Điều này là dễ hiểu: vì R1 và R (DS) tạo thành một bộ chia điện áp và R1 lớn hơn nhiều so với R (DS), hầu hết điện áp được giảm trên R1. Trong các phép đo của tôi, khoảng 10V đang được thả xuống trên R1 và phần còn lại trên đèn LED màu đỏ (2V).

Tất cả mọi thứ nhìn theo thứ tự ở đây.

Tuy nhiên, vì V (DS) hiện tại xấp xỉ 0, điều kiện V (DS)> V (GS) - V (TH) không được thỏa mãn, liệu MOSFET không ở trạng thái bão hòa?

Không có nó không phải là. Đó là trong khu vực tuyến tính hoặc triode. Nó hành xử như điện trở trong khu vực đó. Đó là tăng Vds sẽ tăng Id.

Nếu đây là trường hợp, làm thế nào một người sẽ thiết kế một mạch trong đó MOSFET đang bão hòa?

Bạn đã có. Bạn chỉ cần chăm sóc cho điểm vận hành (đảm bảo rằng các điều kiện mà bạn đã đề cập được đáp ứng).

A) Trong vùng tuyến tính, bạn có thể quan sát như sau: -> khi tăng điện áp CUNG CẤP, đèn LED sẽ sáng hơn khi dòng điện qua điện trở và bóng bán dẫn sẽ tăng và do đó sẽ truyền qua đèn LED nhiều hơn.

B) Trong vùng bão hòa sẽ có điều gì đó khác biệt xảy ra -> khi tăng điện áp CUNG CẤP, độ sáng LED sẽ không thay đổi. Điện áp thêm mà bạn áp dụng trên CUNG CẤP sẽ không chuyển thành dòng điện lớn hơn. Thay vào đó, nó sẽ nằm trên MOSFET, do đó, biến động DRAIN sẽ tăng cùng với điện áp cung cấp (vì vậy tăng cung cấp thêm 2V sẽ có nghĩa là tăng mức thoát nước lên gần 2V)

Tôi diễn giải ý nghĩa của 'bão hòa' trong ngữ cảnh của bài viết Wikipedia như sau:

Biểu dữ liệu cho MOSFET sẽ hiển thị biểu đồ với các đường cong hiển thị cụ thể cho một cụ thể tại một , thường cho một số giá trị khác nhau .V D S V G S V G $I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

Trong ví dụ này, đường parabol màu đỏ tách biệt những gì được gọi là vùng 'tuyến tính' khỏi vùng 'bão hòa'. Trong vùng bão hòa, các dòng là phẳng - dòng điện không tăng thêm nữa khi tăng. Trong vùng tuyến tính, khi dòng thoát tăng, tăng - MOSFET hoạt động giống như một điện trở.V D S V D $I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

Trong tình huống của bạn, giả sử phần của bạn có các đường cong tương tự như ví dụ, về mặt kỹ thuật 'không', thiết bị không nằm trong vùng bão hòa. Điều đó đang được nói, của bạn thấp đến mức độ giảm là rất nhỏ so với điện trở loạt. Bất kể tăng lên là gì, sự sụt giảm 'tuyến tính' của MOSFET là rất nhỏ so với điện trở và "có vẻ" bão hòa.V D S V G S 390 $I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

Các câu trả lời khác ở đây đưa ra một lời giải thích tốt về thuật ngữ "bão hòa" khi áp dụng cho MOSFET.

Tôi sẽ chỉ lưu ý ở đây rằng việc sử dụng này rất khác so với những gì có nghĩa là cho bóng bán dẫn lưỡng cực và một số loại thiết bị khác.

Thuật ngữ này được sử dụng chính xác cho MOSFET trong đó

• V (DS)> V (GS) - V (TH)

NHƯNG nó không bao giờ nên có.
Nhưng nó là, vì vậy hãy nhận thức về nó.

Một bóng bán dẫn lưỡng cực (và KHÔNG phải là MOSFET) là "ở trạng thái bão hòa" khi nó được bật cứng. Điều kiện tương đương trong chế độ tăng cường MOSFET (loại phổ biến nhất) là khi nó được "tăng cường đầy đủ" NHƯNG thuật ngữ thích hợp cho việc này đã bị đánh cắp.

Thêm:

Một MOSFET được "bật" bằng điện áp đặt vào cổng so với nguồn = Vss.
Các VSS cần thiết trong đó FET bắt đầu bật và dẫn một dòng điện xác định được gọi là "điện áp ngưỡng cổng" hoặc chỉ là "điện áp ngưỡng" và thường được viết là Vgsth hoặc Vth hoặc tương tự.
Vth đưa ra một dấu hiệu về việc sẽ cần bao nhiêu điện áp để vận hành FET vì một công tắc NHƯNG VSS được tăng cường đầy đủ thực tế thường là vài lần Vgsth. Ngoài ra, VSS cần thiết để tăng cường đầy đủ thay đổi theo Id mong muốn.

Biểu đồ này, được sao chép từ câu trả lời của Madmanguruman, cho thấy tại Vss = 7V, thực tế Ids / Vds là về tuyến tính lên đến khoảng Ids = 20A nên FET được "tăng cường hoàn toàn" và trông giống như một điện trở cho đến thời điểm này. Đối với FET Vds này là khoảng 1,5V ở khoảng 20A, do đó, Rdson là khoảng R = V / I = 1,5 / 20 = 75 milliOhms.
Đối với FET này, có một đường cong tại Vss = 1V, vì vậy VGSth = Vth có thể nằm trong phạm vi 0,5V-0,8V ở mức 100 uA.

Những gì bạn cần làm để xem độ bão hòa, là cung cấp đủ điện áp cho đến khi cuối cùng sự tăng điện áp không tạo ra sự khác biệt với dòng điện.
Để thực hiện việc này, hãy đặt VSS của bạn thành giá trị tĩnh (> Vth), sau đó tăng điện áp trên Vds và đo dòng điện. Ban đầu, nó sẽ tăng khá tuyến tính, nằm trong vùng ohmic hoặc tuyến tính, nhưng cuối cùng nó sẽ bị san phẳng và mặc dù tăng thêm dòng điện thông qua MOSFET sẽ giữ nguyên.

Liên quan đến định nghĩa về độ bão hòa, tôi hiểu độ bão hòa / tuyến tính trong MOSFET có nghĩa gần như trái ngược với những gì họ làm trong một BJT. Tài liệu này (dưới đặc tính MOSFET một vài trang trong) gợi ý tương tự, mặc dù bạn hiểu cách chúng hoạt động và ý của bạn theo thuật ngữ, thì bạn sẽ ổn (ít nhất là cho đến khi bạn thảo luận về bóng bán dẫn với ai đó :-))

http://www.falstad.com/circuit/e-nmosfet.html

Có một applet giả lập MOSFET tốt trong trang này. Tôi hy vọng nó sẽ giúp.
Ngoài ra tôi đã hỏi một câu hỏi tương tự một lúc trước; bạn có thể đề cập đến nó là tốt.

B) Trong vùng bão hòa sẽ có điều gì đó khác biệt xảy ra -> khi tăng điện áp CUNG CẤP, độ sáng LED sẽ không thay đổi. Điện áp thêm mà bạn áp dụng trên CUNG CẤP sẽ không chuyển thành dòng điện lớn hơn. Thay vào đó, nó sẽ nằm trên MOSFET, do đó, biến động DRAIN sẽ tăng cùng với điện áp cung cấp (vì vậy tăng cung cấp thêm 2V sẽ có nghĩa là tăng mức thoát nước lên gần 2V)

Làm sao vậy Việc tăng nguồn cung chỉ nên tăng V DS bằng Id X Rds (bật). Xem xét đèn LED sẽ giảm điện áp chuyển tiếp gần như nhau, sau đó điện áp tăng sẽ phải được chia sẻ bởi điện trở và thiết bị nối tiếp. Vì điện trở có giá trị lớn hơn nhiều (390 ohms so với 0,8 ohms của thiết bị), nên phần lớn điện áp rơi phải nằm trên điện trở. Hơn nữa, chắc chắn sẽ có sự gia tăng dòng thoát với sự gia tăng sức đề kháng. Tổn thất MOSFE được tính toán ở trạng thái mờ khi bình phương hiện tại nhân với số Rd (bật). Vì vậy, quan sát "Biến động DRAIN sẽ tăng cùng với điện áp cung cấp (vì vậy tăng cung cấp thêm 2V sẽ có nghĩa là tăng lưu lượng thoát nước lên gần 2V)" là không chính xác